Question

11．小明在實驗室組裝了一臺直流電動機模型，他將電動機模型接入如圖（a）所示的電路中，已知電源電壓U=3V，并保持不變，線圈電阻R=1Ω，接通電路后，發(fā)現機不轉動，許老師讓他用手指去撥一下線圈試試，結果電動機馬上正常轉起來，測得電流表讀數I=0.8A，已知電動機正常工作時的能量轉化關系如圖（b）所示，摩擦不計，問：
（1）請你幫助小明分析一下，為什么用手指撥一下后，電動機就能正常轉起來？
（2）根據電動機工作時的能量轉化，請你在（b）圖中填入相應的能量．（選填“電能”、“機械能”或“內能”等）．
（3）電動機正常轉動1min消耗的電能W和線圈產生的熱量Q．
（4）電動機輸出的機械功率P．

Answer 1

分析 （1）直流電動機是根據通電線圈在磁場中受力轉動的原理制成的，接通電源后電動機不轉動的主要原因有：①電壓電壓過低，電路中電流太小；磁鐵磁性太弱，磁場對通電線圈的力太小；②線圈處于平衡位置，線圈受力平衡；③電動機軸因為生銹而被卡�。痪�路接觸不良，電路中無電流；
（2）根據消耗的和得到的能量分析解答；
（3）由W=UIt計算電動機正常轉動1min消耗的電能，由Q=I²Rt計算線圈產生的熱量；
（4）由P=UI計算消耗電能的功率，由P=I²R計算產生熱的功率，兩者差為機械功率．

解答 解：
（1）因為線圈處于平衡位置，線圈受到平衡力的作用，所以不能轉動，用手指撥一下后，受力不平衡，所以線圈能轉動起來；
（2）電動機工作時，消耗電能，得到了機械能和少量的內能，如圖所示：
；
（3）電動機正常轉動1min消耗的電能：
W=UIt=3V×0.8A×60s=144J，
線圈產生的熱量：
Q=I²Rt=（0.8A）²×1Ω×60s=38.4J；
（4）電動機消耗的電功率：
P_電=UI=3V×0.8A=2.4W，
線圈的發(fā)熱功率：
P_熱=I²R=（0.8A）²×1Ω=0.64W，
輸出的機械功率：
P_機械=P_電-P_熱=2.4W-0.64W=1.76W．
答：（1）線圈處于平衡位置，線圈受力平衡不能轉動，撥動后，線圈受力不平衡而轉動起來；
（2）見上圖；
（3）電動機正常轉動1min消耗的電能為144J，線圈產生的熱量38.4J；
（4）電動機輸出的機械功率為1.76W．

點評 本題關于電動機的問題，考查了電動機的工作、能量轉化、電能、熱量及功率的計算，考查內容全面，綜合性強，要注意公式的合理應用．